Розділ 6. Лазерні випромінювання

Розділ 6. Лазерні випромінювання

6.1. Випромінювання оптичного діапазону

Квантові генератори чи лазери використовуються:

– для створення точних вимірювальних приладів та інструментів;

– в оптичній локації;

– для передачі інформації;

– прецизійного зварювання;

– свердління тугоплавких матеріалів.

Застосування лазерів у галузі зв’язку і на телебаченні особливо перспективне.

В лазерах генерується когерентне випромінювання оптичного діапазону великої інтенсивності, у вузькому пучку випромінювання, а густина потоку потужності може досягати 10¹²-10¹³ Вт/см².

Випромінювання електромагнітні (лазерні) охоплюють практично весь оптичний діапазон, від ультрафіолетової до інфрачервоної області спектра випромінювання (табл.6.1).

Генератори оптичного діапазону працюють на основі змушених випромінювань, джерелами яких є робочі речовини, що генерують електромагнітні випромінювання оптичного діапазону (що створюють лазерний ефект) внаслідок порушення їхніх атомів електромагнітною енергією іншого джерела.

Таблиця 6.1

Класифікація електромагнітних випромінювань оптичного діапазону

Іншим джерелом у твердо тілих лазерах служать газорозрядні імпульсні лампи, а в газових лазерах – генератори НВЧ.

Робочою речовиною у твердо тілих квантових генераторах застосовують кристали рубіну, скла з домішкою неодиму, диспрозію, вольфрамат кальцію, а в газових генераторах найбільш простого типу – суміш гелію з неоном і азотом. Робоча речовина випромінює хвилі визначеної довжини. Наприклад, рубіновий лазер створює хвилю довжиною X = 0,6943 мкм, неодимовий X = 1,06 мкм, лазер на суміші вуглекислого газу з неоном і азотом X = 10,6 мкм.

При поширенні лазерного випромінювання в повітрі на великі відстані інтенсивність о ( Вт/м² ) визначається за формулою:

де: Р – потужність випромінювання, Вт; r – відстань до джерела;

а – коефіцієнт ослаблення за потужністю, 1/м.

Коефіцієнти ослаблення за потужністю при поширенні випромінювання в повітряному середовищі наведені в табл.6.2.

Таблиця 6.2

Коефіцієнти ослаблення за потужністю в повітрі

Інтенсивність відбитого лазерного променя (Вт/м²) визначається за формулою:

де: Р – потужність випромінювання, Вт; р₀ – коефіцієнт ослаблення випромінювання оптичного квантового генератора від перешкоди; S – площа проекції поверхні перешкоди, що опромінюється, на площину, перпендикулярну до прямого променя лазера, м²; r -відстань до джерела випромінювання, м.

6.2. Вплив лазерних випромінювань на людину

Коли лазерні випромінювання потрапляють на біологічні тканини людини, тоді вони чинять теплову, механічну і електрохімічну дію на організм людини. Тепловий вплив виявляється в поглинанні енергії лазерного випромінювання біологічними тканинами і, в першу чергу, шкірою. Шкіра поглинає велику частину енергії, в результаті чого виникають опіки. Ступінь опіку шкіри у великій мірі залежить від інтенсивності і частоти випромінювання, а також від ступеня пігментації шкіри в момент опіку. Чим більша частота, тим сильніший опік. Чим темніше шкіра, тим більша частина енергії нею поглинається і тим сильніший її опік.

Коли велика інтенсивність опромінення впливає на людину, можуть уражатися внутрішні органи, викликаючи набряки, крововиливи, омертвіння тканин. Тоді може мати місце навіть згортання і розпад крові.

Якщо інтенсивності лазерного випромінювання в організмі людини невеликі, можуть виникнути функціональні порушення – в першу чергу в нервовій і серцево-судинній системах, що виявляється в зниженні або підвищенні артеріального тиску, підвищенні пітливості, виникненні головного болю, стомлюваності, дратівливості. Такі зміни оборотні, якщо вжити заходів щодо виключення опромінення і дотримання належного режиму праці й відпочинку.

Механічний вплив виявляється в розриві тканин, що виникає в результаті різкого скипання рідинних структур живої тканини, підвищення тиску й ударної хвилі.

Електрохімічний вплив лазерного випромінювання зумовлює іонізацію рідинних компонентів і утворення нових структур, не властивих живій матерії.

В першу чергу і найбільш небезпечне лазерне випромінювання для очей. Небезпека виникає тоді, коли промінь лазера фіксується на сітківці ока, що приводить до її коагуляції. Наслідком коагуляції є сліпота ураженої області сітківки. Найбільш небезпечне ураження центральної ямки сітківки – невелика область діаметром 0,2 мм поблизу центра сітківки. Це серйозна втрата зору. Внутрішнє середовище ока допускає випромінювання оптичного квантового генератора з довжинами хвиль 0,33-1,4 мкм на сітківку ока. Найбільша прозорість ока (до 100%) має місце для довжин хвиль 0,5-0,9 мкм, тому випромінювання рубінового генератора з X = 0,6943 мкм проходить до сітківки без втрат і сприймається як червоний колір, а випромінювання генератора, що працює на суміші вуглекислого газу з неоном і азотом з X = 10,6 мкм, поглинається рогівкою ока.

Для очей небезпечним є не тільки пряме випромінювання лазера, але й відбите від будь-якої поверхні. Коли від лазерного випромінювання око віддаляється на видиму відстань, то це не врятовує його від ураження, тому що в оптичній системі ока віддалені об’єкти фокусуються на сітківці менше, ніж прилеглі об’єкти.

Шкідлива робота з оптичними квантовими генераторами пов’язана з такими шкідливими виробничими факторами, як: сліпуче яскраве світло лампи накачування, озон, електромагнітні випромінювання НВЧ .

6.3. Нормування лазерних випромінювань

Потік потужності лазерних випромінювань вимірюють за допомогою фотометричних і калориметричних вимірників. Фотометричні прилади більш чутливі, ніж калориметричні і з їхньою допомогою можна вимірювати щільність потоку потужності до декількох мікроват на квадратний сантиметр при похибці до 10 %. Норми випромінювань наведені в табл.6.3.

Таблиця 6.3

Норми лазерних випромінювань

6.4. Захист від впливу лазерних випромінювань

Лазерні квантові генератори слід розміщувати в спеціально призначених для цих цілей приміщеннях, двері яких повинні мати спеціальне блокування з світловим табло, що включається на час роботи лазерних генераторів. Приміщення повинні задовольняти усім вимогам санітарних норм і повинні бути обладнані припливно-витяжною вентиляцією.

Приміщення усередині, а також устаткування і предмети, що знаходяться в ньому, не повинні мати дзеркально відбиваючих поверхонь, у противному разі їх варто фарбувати в темні матові тони.

Квантовий генератор повинен установлюватися таким чином, щоб шлях променя проходив в найменш відвідуваній людиною зоні, а місця фокусування променя під час його роботи були захищені діафрагмами. Наприкінці променя розміщують пастку для поглинання відбитого випромінювання. Для зменшення розсіювання випромінювання лінзи, призми й інші тверді перешкоди на шляху променя повинні бути обладнані блендами. У деяких випадках необхідно відбивати весь хід променя.

Для візуального юстирування пристрої повинні бути оснащені захисними поглинаючими фільтрами. При роботі з оптичними квантовими генераторами їх розташування за польових умов слід позначати спеціальними знаками.

Ширми, що екранують, штори, завіси можна виготовляти з бавовняної чорної фланелі.

Захист очей слід здійснювати захисними окулярами, скло яких має велику оптичну щільність. Закордонні дослідники пропонують використовувати скло щільністю 9 на довжинах хвиль 0,6943 і 1,06 мкм. Для запобігання ушкодження скла випромінюванням оптичного квантового генератора перед ним пропонується розміщувати скло з меншим коефіцієнтом поглинання.

Окуляри СЗС-22, виконані із синьо-зеленого скла, практично непроникні для випромінювань з довжинами хвиль 0,63-1,5 мкм.

Робітники в процесі роботи з оптичними квантовими генераторами для профілактики захворювань повинні два рази на рік проходити медичні огляди за участю терапевта, гематолога, офтальмолога і невропатолога.

Дослідження і обслуговування оптичних квантових генераторів повинні проводити працівники не молодше 18 років, які не мають медичних протипоказань.